1
Изобретение относится к области гидродинамических исследований. Оно может быть использовано для ироверки теорий турбулентного течения, а также для исследования эффективности перемешивания жидкости в различных химических, магнитогидродипамических и других устройствах.
Известен способ исследования турбулентной диффузии в потоке жидкости в трубопроводе, состоящий в том, что жидкость поляризуют магнитным полем, воздействуя на нее радиочастотным полем, и регистрируют сигнал ЯМР 1.
Недостаток этого способа состоит в том, что он позволяет исследовать турбулентную диффузию только в направлении потока.
Цель изобретения - исследование ноперечной турбулентной диффузии.
Для этого осупд,ествляют воздействие различными радиочастотными полями на неперекрывающихся участках сечения трубопровода, разнесенных друг относительно друга по направлению потока.
Для исследования поперечной турбулентной диффузии при наличии однородного внешнего магнитного поля расстояние между участками задают путем перемещения радиочастотных катушек.
На фиг. 1 показана схема устройства для осуществления предлагаемого способа с изменением расстояния между участками путем перемещения катушек; на фиг. 2 - то же, без изменения расстояния. Устройство содержит объем 1, расположениый в сильном магнитном ноле, трубопровод 2, па конце которого имеется катушка 3 для регистрации сигнала ЯМР, прпсоедннеппая к схеме 4 детектора ЯМР. Кроме того, оно имеет две катушки 5 и 7 для деполяризации жидкости, присоединенные к генератору 6 радиочастоты или к генератору 8 (см. рис. 2). Жидкость поляризуется, протекая по 1 и в отсутствии напряжения на катушках 5 п 7 дает на выходе схемы 4 положительный
сигнал ЯМР.
Катушки 5 и 7 сконструированы таким образом, что радиочастотное ноле каждой из них производит изменение знака ноляризации жидкости, например, в ноловппе сечсния трубонровода. Расноложены эти катушки в соседних участках трубопровода, отстоящих на некоторое расстоян 1е / одна от другой. При расстоянии две катушки (5 и 7) выполняют функцию одной катушки 5, т. с.
при подключении к генератору 6 OHI: осушествляют инверсию намагничеппостн жидкости во всем сечении трубопровода 2 (одпа катунь ка в одной половине сечеппя, другая во второй половине), поэтому при выходе из катушек жидкость имеет отрицательную ядерную
намагниченность. В результате при включенном генераторе 6 сигнал ЯМР на выходе схемы 4 отрицателен и имеет некоторую амплитуду (,.
При из половины еечения трубопровода, в котором действует радиочастотное поле катушки 5, вытекает жидкость с отрицательной ядерной намагниченностью, а из другой половины этого сечения (где поле отсутствует) - с положительной ядерной намагниченностью. Если за время прохождения расстояния / поперечное перемешивание в струе пренебрежимо мало, то та половина жидкости, которая миновала радиочастотное иоле катушки 5, пройдя расстояние /, иопадает в радиочастотное ноле катушки 7 и там ее ядерная намагниченность испытывает инверсию, а та жидкость, которая прошла через радиочастотное ноле катушки 5, минует радиочастотное поле катушки 7. В результате, пройдя обе катушки, вся жидкость имеет отрицательную ядериую иамагниченность MO, поэтому на выходе схемы 4 оказывается отрицательный сигнал амплитудой .
Если иа расстоянии происходит полное перемешивание жидкости, то в сечение, где расположена катушка 7, поступает смесь равных количеств жидкости с положительной и отрицательной ядерной намагниченностью. Такая жидкость имеет пулевую ядерную памагничеппость, поэтому поле катушки 7 на нее не действует, в результате на выходе схемы 4 амплитуда сигнала .
Если на расстоянии / перемешивается /С-я доля жидкости, через радиочастотное ноле катушки 7 протекает 1-к часть песмешанной жидкости (имеющей положительную максимальную ядерную иамагниченность, а /С-я часть жидкости имеет нулевую намагниченность (так как она смешана с жидкостью, прошедшей радиочастотное ноле катушки 5).
Таким образом, средняя ядерная памагииченность этой жидкости положительна и равна 1-к максимальной. В результате действия радиочастотного ноля катушки 7 эта намагниченность инвертируется и становится отрицательиой равной (i-к)Мо. В струе, прошедшей через вторую половину сечения, где расположена катушка 7, намагниченность отрицательна в результате предшествовавшего действия радиочастотпого поля катушки 5, причем 9 1-к части этой жидкости абсолютная величина иамагничеппости равна MQ, так как эта жидкость не смешивалась с жидкостью из второй половины сечения трубопровода, а у к-й доли этой жидкости намагниченность равна нулю, так как эта жидкость иа расстоянии / перемешалась с жидкостью из другой половины сечения трубопровода. В результате иамагниченность в этой иоловипе сечения также отрицательпая и равпа (1-к)Мо. Таким образом, в катушку регистрации сигнала ЯМР втекает жидкость с отрицательной равной (1-/с)Мо намагниченностью, поэтому амплитуда сигнала ЯМР А (1-«;)Ло/
Таким образом, иредла1аемый способ исследования турбулентной диффузии состоит в измерении амилитуды сигнала А при разных расстояниях / между участками трубоировода, в которых ироисходит инверсия ядерной намагниченности жидкости, протекающей через половину сечепия. Уменьшение А в два раза соответствует расстоянию /, па котором перемешивается половина жидкости.
Перемещение участков, в которых производится инверсия намагниченности жидкости, (изменение /) можно осуществлять не только путем перемещепия катушек 5 и 7, по и путем изменения частоты переменного поля в катушках (фиг. 2).
В этом устройстве радиочастотные поля катушек 5 и 7 действуют каждое в своей половине сечения струи, катушки не имеют взаимного смещения вдоль оси трубоировода, внешнее магнитное поле имеет градиент (grad //), направлеииый вдоль оси трубопровода, катушки 5 и 7 подключены к разным генераторам радиочастоты (6 и 8),
Если частоты f геиераторов 6 и 8 одинаковы, то инверсия ядерной намагниченности происходит в обеих катушках (в обеих половипах сечепия струи) при одинаковой напряженности внешнего маг 1итного поля Я
- (Y - коэффициент пропорциональности),
т. е. в одном участке струи.
Если же частоты в катушках различаются на некоторую величину Д/, то инверсия ядерной намагниченности ироисходит в одной катушке при меньшей, а в другой при большей напряженности ноля, т. е. в участках, отстоД/
ящих на расстояние /
один от
7 grad Я
другого. Следовательно, с увеличением Л/ расстояиие / увеличивается, ириводя к уменьшению амплитуды сигнала А.
Предлагаемый способ исследовапия турбулентной диффузии на этой установке сводится к получению зависимости амилитуды сигнала А от разности частот Af. Величина А/, при которой амплитуда А в два раза мепьше
АО, соответствует расстоянию, на котором происходит перемешивание половины жидкости. Измерив это расстояпие, можно определить коэффициент поперечной турбулентной диффузии позволяет повышать качество конструирования перемешивающих устройств.
Формула изобретения
1. Способ исследования турбулентной диффузии в потоке жпдкости в трубопроводе, заключающийся в поляризации жидкости магнитным полем, воздействии на нее радиочастотным полем и регистрации сигпала ЯМР, отличающийся тем, что, с целью исследоваиия поперечпой турбулептной диффузии, осуществляют воздействие различными радиочастотными полями на неперекрывающихся Зчастках сечения трубопровода, разнесениых друг относительно друга по иаправлению потока.
2. Способ но п. 1, отличающийся тем, что, с целью проведения исследоваиия поперечной турбулентной диффузии при наличии
однородного внешнего магнитного поля, расстоянне между участками задают путем перемещения радиочастотных катущек.
Источники ниформации. принятые во внимание при экспертизе 1. АвторскоесвидетельствоСССР
№ 128669, кл. G 01Р 5/20, 1959.
